ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы экструзии термопластичных полимерных материалов из "Экструзия" Термопластичный полимер в процессе экструзии, не претерпевая химических превращений, последовательно переходит сначала из твердого состояния (в виде гранул или порошка) в расплав, а затем вновь в твердое состояние — после выхода из мундштука. [c.5] Полимер представляет собой систему гибких молекул, состоящих из многочисленных одинаковых элементарных структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями в длинные цепи линейного или разветвленного характера. [c.5] В твердом состоянии длинные молекулы полимера свернуты и переплетены друг с другом и образуют высокоупорядоченные кристаллические образования или неупорядоченные аморфные образования. Полимерные цепи непрерывно изгибаются под действием тепловой энергии. [c.5] При нагреве, с возрастанием температуры, повышается тепловая энергия молекул, увеличивается их подвижность, разрушаются кристаллические образования, молекулы принимают клубкообразную или спиральную форму и начинают перемещаться относительно друг друга. Полимер из твердого состояния переходит в расплав. У полимеров кристаллической структуры этот переход отвечает узкому интервалу температур, а у аморфных — широкому. [c.5] Температура, при которой полимер переходит в вязкотекучее состояние, называется температурой плавления. При нагреве расплава выше температуры плавления подвижность его повышается. Расплав можно нагревать не выше температуры, при которой полимер разлагается. Между температурами плавления и разложения полимер находится в вязкотекучем состоянии. Экструзией полимер перерабатывается именно в этом состоянии. Реальный интервал температур переработки несколько уже, чем интервал между температурой плавления и разложения, так как, с одной стороны, необходимо иметь достаточно подвижный расплав, а с другой стороны, необходимо избежать при экструзии разложения полимера. [c.5] Переработка полимеров методом экструзии осуществляется на специальных машинах — экструдерах или червячных прессах. [c.6] В червяке следует различать три зоны зону загрузки под бункером машины, зону сжатия и зону разгрузки (дозирующую зону), примыкающую к формующей головке. [c.6] Производительность загрузочной зоны поэтому будет тем больше, чем больше трение материала о цилиндр и чем меньше трение материала о червяк. Теоретически за один оборот червяка должен перемеш,аться объем полимера, находяш,ийся между двумя соседними витками нарезки, поэтому производительность загрузочной зоны будет зависеть от объема витка. Объем же витка определяется глу-, биной нарезки и углом подъема винтовой линии нарезки червяка р. Наибольшая производительность достигается при величине угла 17—18°. Часто используют червяки с квадратной нарезкой, когда шаг винтовой нарезки равен его диаметру. В этом случае ф = 17,7°. [c.7] Загрузочная зона должна обеспечивать питание остальных зон. В зоне сжатия твердые гранулы расплавляются за счет наружного обогрева и тепла, выделяющегося при внутреннем механическом сдвиге, и расплав сжимается до образования гомогенной (однородной) свободной от пустот массы. Зона сжатия способствует созданию соответствия между производительностями загрузочной и разгрузочной зон. [c.7] В зоне сжатия изменяются размеры червяка. Коэффициент сжатия червяка характеризуется отношением объема витка загрузочной зоны к объему витка разгрузочной зоны. Величина коэффициента сжатия в известной степени обусловливается тем, что, во-первых, объемная плотность загружаемых гранул примерно в два раза меньше плотности расплава, поступающего в разгрузочную зону червяка, во-вторых, тем, что гранулы могут перебрасываться внутри витка, не продвигаясь вперед, что снижает производительность загрузочной зоны на 30—50% от возможной. [c.7] Коэффициент сжатия червяка, в зависимости от того, в каком виде подается материал (лента, гранулы или порошок), колеблется в.пре-делах от двух до шести, причем при использовании формующих головок с большим сопротивлением (малым сечением) можно использовать червяки с низким значением коэффициента сжатия. [c.7] Задача зоны разгрузки (дозирующей зоны) — нагнетать в формующую головку расплав при постоянных значениях температуры и давления. В этой зоне витки червяка имеют по всей длине постоянные размеры. [c.7] При движении червяка относительно неподвижного цилиндра создается напор, под действием которого расплав заполняет канал нарезки и движется в сторону формующей головки. Это так называемый поступательный поток. Возникающее при этом давление действует в двух взаимно противоположных направлениях —в сторону головки и в сторону загрузки. [c.7] Давление в сторону загрузки вызывает снижение поступательного потока за счет обратного движения части расплава как вдоль оси винтового канала червяка (обратный поток), так и через кольцевой зазор между выступами нарезки червяка и цилиндра (поток утечки). [c.7] Т1 — вязкость расплава. П а, Р, 7 — константы червяка. [c.8] Константы червяка а, р и у определяются размерами червяка. [c.8] При высокой вязкости расплава и малой величине кольцевого зазора между выступами нарезки червяка и внутренней поверхностью цилиндра поток утечки сравнительно невелик. [c.8] Существенную роль в процессе экструзии играет глубина нарезки в зоне разгрузки. Увеличение глубины нарезки червяка в этой зоне вдвое приводит к увеличению поступательного потока также вдвое, в то время как обратный поток в канале (при этом же давлении) одновременно возрастает в восемь раз, что приводит к резкому падению производительности. [c.8] Конструкция червяка должна максимально соответствовать свойствам перерабатываемого материала. Обычно длина червяка равна 20—251). Для переработки кристаллизующихся термостойких полимеров типа полиолефинов или полиамидов, имеющих узкую температурную зону плавления и дающих сравнительно низкввязкие расплавы, используют червяки с удлиненной зоной разгрузки с постоянным шагом и постоянной глубиной нарезки, длиной от /4 до общей длины червяка. Зона сжатия у подобных червяков короткая — один-два витка нарезки. Величина деформации сдвига у таких червяков высокая, что способствует лучшей гомогенизации расплава. Особенно выявляется преимущество подобных червяков при использовании головок с большим сопротивлением. [c.8] Для переработки порошкообразных материалов, имеющих меньшие насыпной вес и коэффициент трения, чел1 гранулы, рекомендуются двухчервячные прессы. Производительность их, в отличие от одночервячных прессов, не зависит от соотношения коэффициентов трения материалов с поверхностями червяка и цилиндра, так как материал захватывается червяками и принудительно ими подается вперед. Производительность загрузочной зоны зависит от свободного объема между витками червяков, а также от равномерности подачи материала. На рис. 3 схематично показано расположение червяков. Изменение межвиткового объема достигается за счет увеличения ширины гребня витка с сохранением шага и глубины нарезки. [c.9] Вернуться к основной статье